基于DNA水凝胶的传感器的构建和应用

脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic　acid、DNA）不仅是生命中遗传信息的载体，也是建筑材料的理想组成部分。DNA的研制提供了功能丰富的智能材料。DNA具有编程精确、特异性好、识别能力强、生物相容性好、易于合成和修饰、具有生物功能等特点。它吸引了许多领域的研究人员。此外，DNA以碱基互补配对原则为基地，可以建造纳米结构和不同形状的块状材料。水凝胶DNA是DNA组装块材料的典型代表。它在传感、医学诊断与治疗、组织工程等领域具有重要的应用价值。鉴于目前基于水凝胶DNA的检测中存在大量水凝胶的问题和需要涂抹信号分子的问题，一种简单、灵敏、低成本和便携式传感器的构建为DNA在水凝胶的应用提供了可能（POCT）。同时，通过生物技术快速制备大量DNA是在水凝胶建造DNA的一种经济有效的方式，为建造简易制备和低成本传感技术提供了基础。本文将水凝胶DNA与毛细管相结合。利用水凝胶DNA基于孔径的分离性能，构建了铅离子（lead、ion、Pb2+）和尿嘧啶－DNA糖基化酶（uracil、DNA　glycosylase、UDG）响应的视觉传感装置。此外，它是使用滚圈放大（RCA）技术制备的。黄曲霉毒素B1（AFB1黄曲霉毒素B1）的检测方法是基于DNA水凝胶微球和荧光成像技术构建的。具体的主要工作如下：（1）利用毛细管的毛细管作用和水凝胶DNA的目标响应，构建了基于水凝胶DNA的毛细管传感装置。首先，我们制备了在水凝胶中起交联和反应作用的聚丙烯酰胺DNA水凝胶Pb2+辅助脱氧核酶（deoxyribozymes、DNAzymes）。根据DNA的变性和复性特性，通过加热将水凝胶转变为溶胶状态，并通过毛细管作用将水凝胶封闭在毛细管末端。将毛细管水凝胶的一端水平浸入待测溶液中。溶液中的Pb2+可以激活DNAzyme并断裂交联DNA链，从而增加水凝胶的孔径。溶液将以更快的速度进入毛细管。通过记录溶液在试管中的距离和反应时间，可以实现Pb2+浓度的视觉检测。这种设备只需要很少的DNA，不需要涂任何物质。此外，该传感器具有制备成本低、操作简单、便携、通用性好、灵敏度高等优点。它在食品安全、环境监测和分子诊断方面具有潜在的应用前景。（2） 交联链的浓度会影响水凝胶的孔径，这将使水凝胶的分离性能有所不同。基于此，我们利用毛细管技术构建了一个基于水凝胶DNA的UDG传感装置。我们首先在液相中与夏洛克·底物链发生反应。然后，UDG治疗公司水凝胶公司制备了DNA链。与未经处理的系统相比，在UDG处理过的夏洛克·底物链被切割成具有更大气孔和更多孔洞的水凝胶。用毛细管检测了不同体系的分离性能，并对其进行了定量分析通过读取试管中溶液的长度可以检测UDG活动。该方法解决了酶与水凝胶体系反应慢的问题，实现了基于DNA的水凝胶生物大分子的视觉检测。此外，该方案具有操作简单、灵敏度高、便携性强、通用性强等优点。它在实时检测、临床诊断和药物筛选等领域具有重要意义。（3） 采用恒温滚环放大技术制备了DNA微球。结合荧光成像技术，构建了一种简单的检测方法。滚环扩增技术制备DNA水凝胶微球的过程非常简单。同时，微球具有相似的鸟巢结构、较大的比表面积和许多反应位点。我们使用DNA水凝胶微球作为载体，通过碱基杂交将荧光探针修饰的适体连接到其表面。当系统中存在AFB1时，适配子和AFB1特异性结合并从微球表面脱落。随着浓度的增加，微球的荧光强度逐渐降低。通过检测微球的荧光强度可以实现对AFB1浓度的检测。此外，通过合理设计核酸序列，该方法可以扩展到同时检测样品中的多个目标分子。在检测过程中，只需将少量样品与微球溶液混合。因此，该方案具有操作极其简单、耗时短、灵敏度高等优点。在小体积检测、食品安全、环境监测和医学诊断等方面具有潜在的应用价值。